设计NCP1207软启动LED驱动电源背光源

NCP1207具有软启动、零电压、零电流开关的功能，高效、低损耗、低成本是NCP1207的优势。它的设计功率可达到150W，为了使电源恒功率输出，美国安森美公司在NCP1200的基础上，对芯片拓扑了多功能、高集成化的NCP1207电源控制芯片。在电性上，利用准谐振现象，根据开关变换电路电压电流、感抗容抗阻抗相互变化规律，以及电路在实现谐振的特殊条件，研究出了ZVS、ZCS的控制理论，进而又在ZVS、ZCS的基础上又创造出了零电流转换变换电路（ZCT-PWM）和零电压转换变换电路（ZVT-PWM）。这种变换电路的基本理论是：变换电路在一个工作周期里，一部分时间按Z_V^CT（表示零电流、零电压转换）的工作程序工作，而另一部分时间按PWM工作程序工作，把两种工作程序结合起来，就实现了准谐振开关变换控制，这种变换电路的优点很多，NCP1207具备了Z_V^CT-PWM（零电流（电压）转换变换网络）的固有特点，并成功地应用于电子控制各个领域里，技术是先进的。在开关电源这门学科里，构成了准谐振开关电路，可以说是电源转换的一大突破。

准谐振变换器在开关电源各类结构形式里，都是利用变压器的寄生电感和电容及它的一次漏电感，来得到准谐振，但是，变压器过多的漏感和寄生电感对电源功率输出、电能变换、各个部件的信号传递都是有害的，不能过多地依赖上述条件环境实现准谐振这一功能，将给背光源LED驱动的应用创造了条件。

1.NCP1207电路特点

1）达到准谐振这一目标，NCP1207不但是在芯片本身，集成了特殊的功能模块，还在电路设计上利用RC振荡，固定开关管导通时间，调整谐振频率，使电路里的容抗与阻抗之和等于零，以获取准谐振变换的工作模式。为了保持输出电流或电压的恒定，电路还应用了变频控制。

2）为了防止在输出大电流的时间周期里，电路进入电流连续模式（Continuous Current Mode，CCM），它对变压器磁心防止磁饱和出现是有益的。电路采取的措施是：监测变压器的反馈绕组电压的零点是否有电流流通，以此来实现临界模式准谐振运行，不出现磁饱和，保证电源安全。

3）电路具有过电压保护、过电流保护、过热保护以及LED灯输出短路保护，安全可靠，也是背光源电视电源质量的保证。电路从反馈绕组L_F取出电压信号，监测输入电压供电状况。当检测出过电压时，NCP1207立即进入锁定输出电脉冲，停止向开关管输出。当IC₁的V_CC端口低于4V时，振荡器将停止振荡，完全停止工作。一旦输出电路出现过载，NCP1207控制芯片出现“溢出”，自动分压，消除因过载对开关管的高压应力，保护开关功率管的安全。压敏电阻R_V是为抑制瞬态浪涌电压的出现而设计的。R_T是热敏电阻与电路中的负反馈网络组成过热保护工作链。

4）电路在运行过程中，因出现各种异常而快速实施保护，由此也会出现停止工作，但NCP1207电路在运行时无论输入输出温度如何变化，IC₁都处在正常工作之中，都不会因各种保护芯片被“闷死”，这是因为电路设计了动态自动供电，它具有关闭/自动启动功能，保证了电路运行而不间断这一工艺技术。

2.NCP1207电路工作原理

NCP1207由EMI低通滤波保护电路、单相电压整流滤波电路、AC/DC转换电路、输出滤波整流电路、取样反馈控制电路和恒流恒压控制电路组成。由于电路开关具有ZVS软启动，恒功率输出，电源被用在笔记本电脑、离线式蓄电池充电器、DVD播放机、机顶盒电源、LED背光源等消费类电器。又由于具有ZVS软启动、抗干扰能力强、功耗低、效率高也被用于国防军事各领域。图2-41是它的电路原理图，其工作原理如下：

图2-41 ZVS软启动NCP1207LED驱动开关电源

1）低通滤波保护电路。低通滤波是滤除10MHz以下的电磁干扰信号和大于10MHz低于30MHz的射频信号，更多的是低频噪声信号，这种信号对电子设备来说它的危害是最大的，如传导干扰，不但是外部设备噪声传入电源，干扰破坏电源正常工作，而且电源的噪声也会通过输入电源的电线向外部传出电源本身的噪声，形成交叉干扰。一台良好的电子设备既不受周围电磁噪声的影响，也不产生对周围干扰的噪声电磁波。图2-41电路会有两级复合式抗电磁干扰的滤波电路，它滤除噪声的效果最佳，电磁兼容性EMC最好。所谓保护电路主要是输入过电压保护和温度过热保护，具体指哪些元件，前面很多章节已经叙述，这里不再重复。

2）电源启动和NCP1207的供电电路。NCP1207具有动态自动供电的功能，该功能使电路处在保护关闭输出而又不“死机”最优点，它不要另外人工启动，也不消耗过多功率。IC₁的8脚直接接到整流后的直流高压线上，向IC₁内部电路提供在启动时所需的电能，使电路进入工作状态。为了减小IC₁在启动时的功耗，提高电路的可靠性，电阻R₈用来减小启动电流。C₉是接在IC₁8脚的旁路电容。图2-42是NCP1207引脚图。(www.xing528.com)

当输出电流增大时，开关管MOSFET的漏极电流上升，也使电流在R₁₁上的压降上升，电容C₈保证IC₁的供电不会影响它的工作。变压器TR的反馈绕组L_F的电压，经VD₂整流、C₈滤波、R₁₀限流，输出直流电压V_F，但V_F是随着输出功率的变化而变化的，为了保证IC₁的工作安全，必须使V_CC脚的电压稳定在12V左右，因此由R₂₀、VT₂、VS₁组成的稳压电路，才使IC₁稳定工作得以实现。电阻R₁₉、R₁₈、场效应晶体管VT₃是电源短路保护电路，当电源输出发生过电流或短路时，输出电压降低或为零，使IC₂的发光二极管亮度增大，IC₂的接收晶体管的集电极电流跟随上升，电流使R₁₈的压降上升，场效应晶体管VT₃导通，此时VT₂截止，使IC₁的6脚因电压而停止工作，起到过电流或短路故障保护作用。尽可能地减小电阻R₁₉、R₁₈的阻值，降低电路处在保护期间的功耗。

图2-42 NCP1207引脚排列

1—磁心复位检测和过电流保护 2—峰值电流保护 3—电流采样 4—电流检测输入端 5—驱动脉冲输出 6—IC电源供应端 7—空脚 8—高压输入端

3）驱动电路。为了增强VT₁的驱动能力，电路设置了由VT₅、VT₆并联的“图腾柱”电路，两只晶体管的发射极分别接电阻R₁₅、R₁₆，再连接到栅极，其作用是加速MOSFET的开关速度，降低由于开关管的“开”和“关”所产生的EMI干扰。

4）变压器磁心去磁电路。变压器是由于交变的磁场将电能向外传递的，每次产磁和放磁的过程就是电能转换，要得到最大的转换效率，必须使变压器的剩磁得到完全地释放，要达到这一目的，变压器磁心要去磁，而去磁的要点是保证变换电路的切换点在电磁波的谷点。R₉、R11、R17及C10就是电磁波谷点切换电路。改变R₉、R₁₁、R₁₇的阻值，可改变控制电磁波谷点，也是改变1脚的电压高低。如果1脚的电压值调整到合理的点上，就能保证电磁波谷点切换，使变压器磁心去磁顺利实现。另外，还可以改变旁路电容C₁₀的容量，同样可以达到理想的目的。如果C₁₀的容量增大，则电路充电时间加长，波谷切换延长，反之则缩短，它也是实现ZVS软开关的关键元件。R₃、R₄、C₄及VD₁是网络吸收回路。VD₃为变压器反馈绕组的放电提供通路。

5）输出整流滤波和恒功率输出电路。VD₄、VD₃、C₁₅、C₁₆、L₂和C₁₇组成π型滤波电路。R₂₁、C₁₄是阻容吸收回路，降低输出电压的纹波，减少二极管在截止时间残留在PN结上的电子反向流入。CZU是铁氧体磁珠，吸收开关噪声。R₂₆、R₂₇是分压取样电阻，三端稳压器输出电压V_o2经R₂₆、R₂₇分压取得采样电压V_A，此电压加到IC_5A的同相输入端3脚上，由IC₃产生的2.5V基准电压输入到IC_5A的2脚，经V_A与V_REF比较后，输出差值信号，通过R₃₅、IC₂的发光二极管转换为电流信号，进而控制光耦合器中的接收晶体管电流，控制占空比的变化，使输出电压V_o保持不变，实现恒电压功能。R₂₅是IC₃的限流电阻，IC₃的工作电流限制在5.5mA。，取2.2kΩ。

IC_5B是电流控制回路的电压比较器，它的同相输入端接电流检测电阻R₂₂，反向接到分压电阻R₃₂、R₃₃之间，它的输出电压通过VD₈，向IC_5A的正向端输出电流信号，促使IC_5A按IC_5B的信号指令对IC₂进行控制，同样使电路处在恒流状态。另一路通过R₃₀加到VT₃的基极，同样使VT₃导通。意味着R₂₇、R₂₈并联，这样改变了输出反馈电阻取样，使输出电流的变化调整IC₂光耦合的强弱，同样使输出电流保持不变。电解电容C₂₃、C₂₅防止VT₃和IC_5B产生误动作，起着延时作用。电路具有双回路恒流控制，恒功率输出效果明显。

LED背光源液晶电视，有侧入式和直下式两种，侧导光LED背光模是满足光学指标低成本的一种好型式。侧导光LED背光源具有轻、薄的特点。

NCP1207恒功率电路，采用恒流式驱动，输出电流保持不变，采用LED并联和串联混合方式。由于并联的LED，若某只LED断开，这一支路平均电流影响不大，依然正常工作。电路采用稳压启动，若LED短路，这时负载相当于少了一支并联LED，其他支路电流增高，驱动器输出电流，但由于并联LED较多，断开一只LED，电流的平均电流增量不大。

电路采用白光LED驱动，每只额定电流为20mA，正向导通电压为3.3V，正向导通电压由恒流所决定。电路可接受线性电压，片内PWM调光，也可采用外部PWM调光，灯的亮度跟随占空比改变而调光。

对容性负载，在性能方面有两类情况，一种是单一驱动LED功能，另一种除了驱动LED功能外，还具有电脑控制信号端口或控制LED变色、闪动、亮暗交替等功能，这时LED控制装置内部应具有灯光逻辑变化电路，显然NCP1207电路不具备。